一种钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术为一种钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法及其应用。该方法将乙酸钴和乙酸镍溶于乙二醇中，然后加入碳化钛，经加热反应和煅烧得到。该制备方法不涉及使用有毒化学药品，绿色环保、工艺简单、周期短、成本低；传感器的构建只需将本发明专利技术所述钴酸镍/碳化钛复合材料修饰到玻碳电极上即可，省去了生物酶复杂的固定化过程。本发明专利技术不使用有毒化学药品，绿色环保、工艺简单、周期短、成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法及其应用
本专利技术属于无机材料及电化学传感器
，具体涉及一种钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法及其在无酶葡萄糖电化学传感器中的应用。
技术介绍
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料；各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料是一种混合物,在很多领域都发挥了很大的作用,代替了很多传统的材料，目前对于复合材料的研究涉及很多领域。快速高灵敏地检测葡萄糖在医疗诊断、食品工业、生物分析和环境监测等领域有重要的研究意义。在众多的葡萄糖检测技术中,电化学生物传感器由于其高灵敏度、快速响应、低检出限成为研究的热点之一。传统的基于葡萄糖氧化酶的电化学葡萄糖生物传感器，其显示出高选择性和高灵敏度。然而，葡萄糖氧化酶的高成本，复杂的固定化过程以及易受环境因素(例如温度、pH值、有机试剂等)的影响，阻碍了其在实际应用上的进一步发展。因此，研究人员开始越来越多的关注和研究无酶葡萄糖传感器来克服上述缺点。无酶型电化学传感器一般采用对葡萄糖的氧化具有催化作用的材料，使葡萄糖在电极表面发生催化氧化，根据氧化电流的大小对葡萄糖的浓度进行定量分析。钴酸镍是一种非常有前景的过渡金属复合氧化物材料，由于其低成本，高比容等内在优点而被广泛应用于电容器、电催化、锂电池、以及光电设备等领域。到目前为止，常规的水热法，溶剂热法用于制备不同形貌的钴酸镍，但是一方面大多数制备方法中涉及使用有毒化学药品，如NH4F和其他非环保溶剂；另一方面，钴酸镍导电性和稳定性较差，在电极表面易自聚集，难以充分发挥其优异的催化能力，限制了其在无酶葡萄糖电化学传感器装置中的应用。目前尚无碳化钛与钴酸镍复合材料的报道，因此,开发碳化钛与钴酸镍复合材料具有广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种可用于无酶葡萄糖电化学检测的钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法。该方法将乙酸钴和乙酸镍溶于乙二醇中，然后加入碳化钛，经加热反应和煅烧得到。该制备方法不涉及使用有毒化学药品，绿色环保、工艺简单、周期短、成本低；传感器的构建只需将本专利技术所述钴酸镍/碳化钛复合材料修饰到玻碳电极上即可，省去了生物酶复杂的固定化过程；本专利技术不使用有毒化学药品，绿色环保、工艺简单、周期短、成本低。为达上述目的，本专利技术技术方案是这样实现的：一种钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法，包括以下步骤：步骤(1)：将乙酸钴和乙酸镍加入乙二醇中，搅拌30～60min，然后搅拌下加入碳化钛，再超声分散10～30min，得到混合溶液；其中，每20毫升乙二醇中加入0.3～0.7毫摩尔乙酸镍、10～20mg的碳化钛；摩尔比为乙酸镍：乙酸钴＝1：2～3；步骤(2)：将混合溶液置于油浴锅中搅拌加热并持续反应0.5～1.5h，冷却后离心分离8～10min，得到的沉淀分别用去离子水和乙醇洗，再在50～70℃下干燥6～8h；步骤(3)：将上步得到的干燥的产物置于管式炉中煅烧，200～400℃加热2～3h，最后自然冷却得到钴酸镍/碳化钛复合材料。所述的步骤(2)中的油浴温度为150～170℃。所述的步骤(2)中的离心分离的转速为8000rpm～10000rpm。所述的步骤(1)中超声分散的频率为50KHz。所述的钴酸镍/碳化钛复合材料的应用，将钴酸镍/碳化钛复合材料加入到0.1～0.5％的壳聚糖溶液中，超声分散得到悬浊液；再将悬浊液滴涂到玻碳电极上表面，室温下自然干燥，得到电化学传感器，用于葡萄糖电化学分析；其中，每1.0mL壳聚糖溶液加1～4mg钴酸镍/碳化钛复合材料，每0.07065平方厘米玻碳电极上滴加5～8微升悬浊液。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术首次将碳化钛与钴酸镍结合，提供了一种具有模拟葡萄糖氧化酶性能的钴酸镍/碳化钛复合材料，制备该复合材料的方法不涉及使用有毒化学药品，绿色环保、工艺简单、周期短、成本低；葡萄糖电化学传感器的构建只需将本专利技术所述钴酸镍/碳化钛复合材料修饰到玻碳电极上即可，省去了生物酶复杂的固定化过程；该复合材料中的碳化钛具有类似于石墨烯的层状结构，有较大的表面积，优异的导电性，其表面还带有-OH，-O，-F官能团，表面具有可修饰性，钴酸镍可以通过静电吸引作用原位生长在碳化钛层间及表面。碳化钛在复合材料中作为支撑材料，一方面提高了钴酸镍材料的导电性和稳定性，另一方面充当模板增强了分散性，改善了钴酸镍在电极表面的自聚集，促进了氧化还原活性中心和葡萄糖的有效接触。用实施例2中制备的钴酸镍/碳化钛复合材料与钴酸镍材料构建的葡萄糖电化学传感器钴酸镍相比，钴酸镍/碳化钛复合材料构建的葡萄糖电化学传感器的灵敏度是钴酸镍材料的2.2倍，最低检测限是钴酸镍材料的四分之一。这些结果表明钴酸镍和碳化钛之间的协同作用赋予了钴酸镍/碳化钛增强的电催化性能。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为碳化钛的扫描电镜图。图2为实施例2中得到的钴酸镍/碳化钛复合材料的扫描电镜图。图3为实施例1至5中得到钴酸镍/碳化钛复合材料对葡萄糖的电流响应图。图4为实施例2中得到的钴酸镍/碳化钛复合材料修饰电极和钴酸镍修饰电极的循环伏安图。、图5为实施例2中得到的钴酸镍/碳化钛复合材料修饰电极和钴酸镍修饰电极的计时电流曲线图。图6为实施例2中得到的钴酸镍/碳化钛复合材料修饰电极和钴酸镍修饰电极的稳态响应电流对葡萄糖浓度的标准曲线图。图7为实施例2中得到的钴酸镍/碳化钛复合材料修饰电极对葡萄糖测定的抗干扰图。具体实施方式本专利技术的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，但它们并不对本专利技术作任何限制，本领域的技术人员根据本专利技术的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本专利技术的保护范围。下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步的说明，其中电化学实验全部在上海辰华仪器公司组装的CHI650E电化学工作站上完成，实验采用三电极体系(即玻碳电极，玻碳电极直径为3毫米，Ag/AgCl电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极)。所述的玻碳电极为市售，规格为直径为3毫米，面积为0.07065平方厘米。本专利技术提供的钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法是将乙酸钴和乙酸镍溶于乙二醇中，然后加入碳化钛，超声均匀后置于油浴中加热反应，反应所得沉淀物经洗涤干燥后，在管式炉中煅烧即得最终目标产物。最后将所制得的复合材料采用滴涂法修饰至玻碳电极上，研究了对葡萄糖的电化学催化作用并进行了对葡萄糖的分析检测。本专利技术涉及的碳化钛为本领域公知材料。一、本专利技术钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法实施例1S1：0.5mmolNi(CH3COO)2·4H2O和1mmolCo(CH3COO)2·4H2O加入20mL乙二醇中，搅拌30min使其完全溶解，然后边搅拌边加入20mg碳化钛，在频率为50KHz的条件下超声处理10min。S2：将混合溶液置于油浴锅中搅拌加热至150℃并持续反应1h，冷却后，在8000rpm的转速下，离心10min得到沉淀，分别用去离子水和乙醇洗3次后，在烘箱中在50℃下干燥8h。S3：将干燥的产物置于管式炉中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：步骤(1)：将乙酸钴和乙酸镍加入乙二醇中，搅拌30～60min，然后搅拌下加入碳化钛，再超声分散10～30min，得到混合溶液；其中，每20毫升乙二醇中加入0.3～0.7毫摩尔乙酸镍、10～20mg的碳化钛；摩尔比为乙酸镍：乙酸钴＝1：2～3；步骤(2)：将混合溶液置于油浴锅中搅拌加热并持续反应0.5～1.5h，冷却后离心分离8～10min，得到的沉淀分别用去离子水和乙醇洗，再在50～70℃下干燥6～8h；步骤(3)：将上步得到的干燥的产物置于管式炉中煅烧，200～400℃加热2～3h，最后自然冷却得到钴酸镍/碳化钛复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：步骤(1)：将乙酸钴和乙酸镍加入乙二醇中，搅拌30～60min，然后搅拌下加入碳化钛，再超声分散10～30min，得到混合溶液；其中，每20毫升乙二醇中加入0.3～0.7毫摩尔乙酸镍、10～20mg的碳化钛；摩尔比为乙酸镍：乙酸钴＝1：2～3；步骤(2)：将混合溶液置于油浴锅中搅拌加热并持续反应0.5～1.5h，冷却后离心分离8～10min，得到的沉淀分别用去离子水和乙醇洗，再在50～70℃下干燥6～8h；步骤(3)：将上步得到的干燥的产物置于管式炉中煅烧，200～400℃加热2～3h，最后自然冷却得到钴酸镍/碳化钛复合材料。2.如权利要求1所述的钴酸镍/碳化钛复合材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜艳军，岳姝，高静，马丽，王悠然，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12